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GUÍA PARA TRANSFORMADORES AUTOPROTEGIDOS
F-MKT-03.E.1
1.
INTRODUCCION
Un transformador autoprotegido es aquel
que tiene incorporados desde su etapa
de diseño y fabricación elementos de
protección contra sobretensiones y
sobrecargas para protegerlo y/o aislarlo
de la red en caso de falla.
Son usados principalmente en cargas de
servicios residenciales y donde las
compañías de electricidad requieren un
control de la carga.
2.
PRINCIPIOS
FUNCIONAMIENTO
DE
La carga máxima de un transformador
está condicionada por dos tipos de
limitaciones:
2.1 Limitación térmica: Es aquella
carga que produce una elevación de la
temperatura del transformador por
encima de un valor crítico y trae como
consecuencia
el
envejecimiento
prematuro de los aislamientos y la
reducción
de
la
vida
útil
del
transformador.
Debido a que los efectos de deterioro
producidos por la temperatura son
acumulativos, es posible obtener una
vida satisfactoria del aislamiento del
transformador con picos de temperatura
que excedan a los valores permitidos
bajo carga continua, siempre y cuando la
duración de estas temperaturas sea
suficientemente restringida.
Los elementos de protección deben
controlar fundamentalmente que la
temperatura no supere el valor crítico,
interrumpiendo el servicio cuando las
sobrecargas alcancen dicha temperatura.
2.2 Limitación económica: Es la carga
a partir de la cual el costo de las pérdidas
por efecto Joule aconseja la sustitución
del transformador por otro de mayor
potencia.
En el mercado se ofrecen normalmente
tres tipos básicos de transformadores de
distribución autoprotegidos (tipo poste).
Los esquemas de protección son los
siguientes:
Autoprotegido SP (Surge Protecting)
El esquema de protección SP incluye el
montaje en el transformador de DPS y
fusibles de expulsión. No incluye un
interruptor ni por baja ni por alta tensión.
Autoprotegido CP (Current Protecting)
El esquema de protección CP está
equipado con fusibles de protección de
alta tensión internos y un interruptor
interno que puede estar instalado tanto
en el circuito de alta tensión (Magnex)
como en el de baja tensión (Breaker),
dependiendo del requerimiento del
cliente. No incluye montaje de los DPS.
Autoprotegido CSP (Complete Self
Protected)
El esquema de protección CSP, el
pararrayo protege el transformador de
sobretensiones causadas por descargas
atmosféricas y/o maniobras de switcheo;
el fusible de protección opera para
desconectar el transformador de servicio
en caso que una falla interna ocurra; el
interruptor provee al transformador un
grado de protección de sobrecargas y
corto circuito ya sea en el lado primario o
secundario,
dependiendo
de
la
protección seleccionada.
DE
Zona de
sobrecorrientes
por sobrecarga
3.1 Protección contra sobretensión:
Las sobretensiones son subidas de
tensión que pueden causar graves
problemas a los equipos conectados a la
línea, desde su envejecimiento precoz a
incendios o destrucción del equipo.
El transformador tiene incorporados
elementos que brindan protección contra
sobretensiones externas e internas que
pueden
presentarse
durante
su
funcionamiento.
Zona de
sobrecorrientes
por cortocircuito
externo
Zona de
sobrecorrientes
por cortocircuito
interno
1000
LA
Curva de daño del
transformador
100
Tiempo (s)
3.
GENERALIDADES
AUTOPROTECCION
Figura 1. Zonas de protección de las
autoprotecciones.
Corriente de
cortocircuito
nominal
10
1
Curva de
corrientes inrush
0.1
0.01
1
3
10
Iccn
Corriente (pu)
NOTA: La figura 1 ilustra las zonas de
protección en los diferentes esquemas
de
autoprotección
de
los
transformadores.
3.2 Protección contra sobrecorriente:
Un
transformador
CSP
incorpora
elementos que brindan protección ante
los diferentes tipos de sobrecorriente a
los que puede estar expuesto durante su
funcionamiento.
Adicionalmente las
protecciones de sobrecorriente no deben
operar cuando se produzcan corrientes
de energización (Inrush), ya que estas
corresponden a condiciones operativas
normales, propias del transformador o
del circuito que alimentan.
3.3 Protección contra sobrecarga: La
finalidad de la protección contra
sobrecarga es evitar un deterioro
acelerado
del
aislamiento
del
transformador y por tanto de su vida útil.
100
El elemento encargado de la protección
desconecta la carga que alimenta el
transformador antes que la pérdida de
vida útil supere la deseada por el
operador de red. A menos que se
especifique lo contrario, la máxima
perdida de vida permitida será de
0.0137 % por día.
Las causas de la sobrecarga suelen ser
de tipo temporal, por lo tanto, el elemento
de protección debe permitir la reconexión
de la carga una vez estas desaparezcan
y la temperatura al interior del
transformador se reduzca.
3.4 Protección contra cortocircuito
externo:
Los transformadores de
distribución CSP cuentan con una
protección
que
desconecta
la
alimentación del circuito de baja tensión,
cuando se presentan corrientes de
cortocircuito debidas a fallas en la red
secundaria.
Es decir, para todas
aquellas corrientes de cortocircuito cuya
magnitud sea igual o inferior a la
corriente de cortocircuito nominal,
determinada por la ecuación 1.
Ecuación 1. Corriente de corto circuito
en p.u.
I ccn ( p.u ) =
100
Z cc (%)
en caso de presentarse una falla interna
en el mismo; es decir, opera la
protección para todas aquellas corrientes
de cortocircuito cuya magnitud sea
superior a la calculada mediante la
ecuación 1 y menor que la capacidad de
corto circuito de la red.
Una vez el elemento de protección actúe,
no debe permitir re-energizar el
transformador,
para
evitar
las
repercusiones en red ocasionadas por la
conexión de un transformador en
condiciones de falla.
4.
ACCESORIOS EMPLEADOS
4.1 Dispositivo de Protección contra
Sobretensiones Transitorias (DPS):
Protege
el
transformador
de
sobretensiones transitorias causadas por
descargas atmosféricas y/o maniobras
de switcheo, desviándolas a tierra.
El transformador se suministra con
descargador de sobretensión externo por
fase, en alta tensión y baja tensión, con
su correspondiente dispositivo de fijación
localizado de tal manera que se suplan
las
distancias
fase
–
tierra
predeterminadas para la tensión de
aislamiento según su sistema de
montaje.
Figura 2. DPS AT
El elemento de protección permite
reconectar la carga, cuando la condición
que originó la falla en la red secundaria
se elimina.
3.5 Protección contra cortocircuitos
internos: Los transformadores de
distribución CSP cuentan con una
protección que los desconecta de la red,
.
Figura 3. DPS BT.
Es un accesorio compacto, con la manija
externa de operación y mecanismo de
acople, para ser montado en la parte
lateral del tanque y no sobre la parte
activa del transformador.
4.3.1 Breaker: Este accesorio protege el
equipo contra sobrecargas y fallas en el
circuito secundario (cortocircuitos), que
pongan en peligro la vida útil del
transformador.
4.2 Isolation Link: Opera para
desconectar el transformador de servicio
en caso que una falla interna ocurra.
Figura 4. Eslabón de aislamiento.
La función del breaker es emitir señales
de alarma y/o disparo
cuando la
temperatura interna del transformador
alcanza
niveles
peligrosos
predeterminados y/o cuando el aceite
alcanza niveles bajos en los cuales el
bimetálico no queda inmerso en aceite.
Figura 5. Breaker.
Este elemento no es un fusible ya que no
tiene capacidad de interrupción. Su
función es fundirse ante fallas internas
para evitar futuras re-energizaciones del
transformador fallado.
El isolation link va conectado en serie
con cada una de las fases a la salida del
interruptor de alta tensión (Magnex).
4.3 Interruptor: Se encuentra conectado
eléctricamente entre la bobina y su
respectivo terminal, se ubica en la parte
superior del tanque sumergido totalmente
en aceite, de tal manera que su elemento
sensor haga el monitoreo de temperatura
en la parte superior del aceite.
El breaker realiza la misma función que
un fusible, con la ventaja que puede ser
restaurado manualmente en lugar de
tener que ser reemplazado (para esto se
utiliza una pértiga, la manija está ubicada
al exterior del transformador).
Al existir un corto en lado de la carga, el
interruptor (breaker) operará en un lapso
de algunos ciclos, disparándose el
interruptor termomagnético(1), el cual se
desconectará de la red. Una vez que se
haya verificado que se eliminó la
condición de falla, podrá ser reconectado
restableciendo
manualmente
el
mecanismo del interruptor.
(1) Los interruptores monofásicos para potencias hasta
de 25 kVA son térmicos para las potencias de 37.5 a 167
kVA son termomagnéticos.
Adicionalmente se provee una luz piloto
(luz color rojo) que indica la existencia de
una sobrecarga. Al encenderse esta
señal, y si es ignorada, puede llegar a
incrementarse el nivel de carga hasta
llegar a rangos peligrosos de sobrecarga,
es entonces cuando las protecciones
hacen efectiva su función y el interruptor
desconectará la carga para evitar un
deterioro de la vida útil del transformador.
4.3.1.1 Luz piloto para breaker: Opera
como una alarma preventiva sin
necesidad de desconectar al usuario.
Indica a manera de alarma cuando el
transformador se esté aproximando a la
temperatura de disparo del interruptor
(breaker).
Este sistema de autoprotección es una
forma fácil y económica de detectar
cualquier condición térmica anormal de
operación sin necesidad de costosos
métodos de medición y monitoreo.
y en la carga.
Por el contrario, si
encuentra encendida indica una situación
anormal de la red o de carga, el
transformador
esta
sobrecargado
térmicamente.
El mecanismo de la luz de señal no se
reengancha por sí mismo cuando la
carga disminuye, la luz de señal
permanece encendida una vez los
contactos se cierran, solamente pueden
ser
desconectados
operando
manualmente la manija exterior del
interruptor.
4.3.2 Magnex: Este esquema de
autoprotección emplea un mecanismo de
señalización visual de apertura tipo
bandera de un color que sea fácilmente
observable y que indique que el
interruptor ha operado y debe ser
restablecido, luego de verificar la causa
de la falla y el lado del transformador en
el cual se presentó la falla. Este
mecanismo es de tipo mecánico y es
parte integral de la manija del interruptor.
Figura 7. Magnex.
Figura 6. Luz Piloto del Breaker
Cuando la luz piloto se encuentra
apagada la situación es normal en la red
4.4 Fusible de expulsión: Actúa como
una
protección
de
sobrecorriente
aislando el transformador fallado de la
red. Su función secundaria es actuar
como una protección de respaldo.
Figura 9. Transformador de corriente.
Figura 8. Fusible de expulsión.
El fusible se instala inmerso en aceite
dieléctrico, bien sea dentro del aislador
de alta tensión o montado sobre un
soporte aislante convenientemente fijado
a
la
estructura
metálica
del
transformador.
Su conexión se hace internamente entre
el devanado de AT y el buje del primario
el cual tiene como función específica
respaldar la operación del interruptor
(Breaker) y actuar únicamente en caso
de falla interna del transformador con el
objetivo de separar el equipo fallado de
la red.
4.5 Transformador de corriente:
Transmite una señal de información a
instrumentos de medición, medidores y
dispositivos de protección o control.
Su función es reducir a valores normales
y no peligrosos, las características de
corriente en un sistema eléctrico, con el
fin de permitir el empleo de instrumentos
de medición.
Este accesorio se instala en el
transformador autoprotegido por solicitud
del cliente.
5.
DIFERENCIAS
EN
ESQUEMAS DE PROTECCION
LOS
Existen dos tipos de configuración para
los transformadores CSP (Complete
Protected):
Configuración CSP con Breaker: el
transformador lleva instalados los
siguientes accesorios:
• DPS AT
• Breaker
• Luz piloto para breaker
• Fusible de expulsión
• DPS BT (opcional)
Configuración CSP con Magnex: el
transformador lleva instalados los
siguientes accesorios:
• DPS
• Magnex
• Isolation link
• DPS BT (opcional)
5.1 Interruptor en baja tensión:
Durante la selección y coordinación de la
curva de operación del breaker y del
fusible de expulsión, se garantiza que el
breaker siempre opere cuando se
detecte una condición de cortocircuito
externo dentro del rango limitado por la
impedancia del transformador o una
sobrecarga que ponga en riesgo la vida
útil, y el fusible opere para todos los
casos de falla interna en el equipo
separándolo de la red.
falla interna en el transformador evitando
futuras re-energizaciones.
Figura 10. Transformador CSP con
Breaker, devanado de AT en conexión
fase - fase.
Figura 12. Transformador CSP con
Magnex, devanado de AT en conexión
fase - fase.
U
DESC.AT
X
U
DESC.AT
FUS
X
FUS
E C A B DF
INTER
LUZ
BANDERA
E C A B DF
INTER
DESC. BT
Pn
u
x
Pn
DESC. BT
u
x
Figura 11. Transformador CSP con
Breaker, devanado de AT en conexión
fase - tierra.
U
DESC.AT
Figura 13. Transformador CSP con
Magnex, devanado de AT en conexión
fase - tierra.
X
U
FUS
DESC.AT
X
FUS
E C A B DF
LUZ
INTER
BANDERA
E C A B DF
INTER
DESC. BT
Pn
x
u
Pn
DESC. BT
5.2 Interruptor en alta tensión: En la
selección y coordinación de la curva de
operación Magnex y del isolation link, se
garantiza que el Magnex siempre opere
cuando se detecte una condición de
cortocircuito externo, interno o una
sobrecarga que ponga en riesgo la vida
útil,
y
el
isolation
link
opere
simultáneamente con el interruptor ante
x
u
6.
TRANSFORMADORES
AUTOPROTEGIDOS ANTIFRAUDE O
BLINDADOS
Los transformadores autoprotegidos
pueden suministrarse con un gabinete en
baja tensión, bajo requisito del cliente.
Este gabinete es conocido como
antifraude o blindado.
Los soportes para colgar al poste, en el
transformador autoprotegido antifraude,
pueden ubicarse en el mismo lado de los
bujes (aislador + terminal) de baja
tensión u opuestos a ellos.
Figura 14. Transformador autoprotegido
antifraude. Soportes para colgar al poste
ubicados en baja tensión.
Para
la
instalación
de
los
transformadores
autoprotegidos
antifraude o blindados se recomienda
tener
presente
las
siguientes
instrucciones:
•
Para ubicar el transformador en el
poste, se recomienda retirar,
parcialmente, la tapa del gabinete
antes de subirlo al poste.
Figura 16. Pasos para instalación en el
poste.
Figura 15. Transformador autoprotegido
antifraude. Soportes para colgar al poste
ubicados en lado opuesto a la baja
tensión.
•
Cuando los soportes para colgar
al poste se encuentran en baja
tensión es muy importante que
los cables de las conexiones de la
carga no pasen en medio de los
soportes para colgar al poste, ya
que se podrían inducir corrientes,
la acometida deberá quedar por
fuera del soporte.
Figura 18. Salida de la acometida.
Figura 17. Acometida de la carga.
•
•
Las conexiones, cables, deben
salir
por
las
perforaciones
inferiores del gabinete antifraude.
Finalmente se deberá atornillar la
tapa del gabinete.